Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Принятие рациональных решений в системах с управлением. Учебное пособие
.pdf
, , , 1,2,... ,
i i i i
I N U Y i N
(1.25)
( ), ( ), ( ) , 0 ,
i
I N t U t Y t t T
(1.26)
то есть, в процессе планирования экспериментов с объектом необходимо учитывать
и состояние среды N.
На данном этапе у исследователя (наблюдателя) может измениться взгляд на
структуру модели объекта управления. Обнаружение этого факта заставляет
исследователя вернуться на предыдущий этап структурного синтеза модели.
Понятие планирования эксперимента чрезвычайно ёмкое и насыщенное.
Планировать эксперименты можно не только для выяснения параметров модели, но
и для выбора одной из предполагаемых структур. Если, например, в качестве
объекта управления выступает человек, то можно планировать эксперименты по
выяснению некоторых его специфических свойств, представляющих интерес для
управления (например, для выяснения профессиональных склонностей при
профотборе). Указанные экспериментальные действия широко распространены в
психологии и получили название психологических тестов. На основании ответов на
заранее подготовленные вопросы формируют модель испытуемого. Составление
подобных тестов производится методами планирования экспериментов, с помощью
которых выясняется принадлежность испытуемого к той или иной
профессиональной структуре.
Таким образом, на этапе планирования экспериментов определяются
параметры модели, которые нельзя определить на этапе идентификации, и
корректируется структура модели. Оба этапа преследуют одну цель – создание
модели F объекта управления. Полученная в результате модель является исходной
для процесса синтеза управления.
6 этап. Синтез управления.
Задачей этапа синтеза управления является выбор вида управляющего
воздействия U, обеспечивающего достижение заданной цели Z* управления
31
объектом. Решение относительно его выбора основывается на полученной модели
.UU
( ),U U t
(1.27)
объекта F, заданной цели Z*, полученной информации о состоянии среды N и
выделенном для управления ресурсе R, который чаще всего представляется в виде
ограничений, накладываемых на управление U, определяемых спецификой объекта
и возможностями системы управления (временными, энергетическими,
материальными и т. д.).
В общем случае синтезированное управление U нельзя считать оптимальным в
смысле критерия эффективности управления
Обычно оно представляет
собой программу изменения управляемых параметров во времени:
которая реализуется на следующем этапе. Примером программы оптимального
управления может служить план предписываемого врачом медицинского лечения.
7 этап. Реализация оптимального управления.
Процесс реализации оптимального управления (задача следующего этапа)
обычно не сопряжен с какими-либо трудностями, если сведения о состояниях среды
N, объекта Y и его модели F достоверны. Осложнять решение задачи может то
обстоятельство, что к моменту начала реализации управления эти сведения могли
устареть.
8 этап. Коррекция управления.
На заключительном этапе управления осуществляется учет влияния
произошедших изменений в виде коррекции управления U в процессе его
реализации. В качестве исходной информации выступает текущее состояние среды
на момент реализации управления или прогноз этого состояния. Часто встречаются
ситуации, когда составными элементами объекта управления являются люди (такой
объект управления в источниках принято называть активным), цели которых
противоречат цели управления. В этом случае возможно отклонение от
поставленных целей управления. Однако, не смотря на сложившуюся ситуацию,
следует организовать процесс управления таким образом, чтобы отклонение от
32
поставленных целей было минимальным. Это и будет рациональное решение в
создавшейся ситуации, поскольку задача реализации оптимального управления
U*(t) часто бывает более сложной, чем задача его синтеза. На этапе синтеза
оптимального управления очень сложно учесть все возможные альтернативы,
которые могут возникнуть в реальной ситуации. Например, планы на год
большинства людей существенно отличаются от результатов, полученных к концу
года. Причем часто многие пункты плана могут быть не выполнены из-за изменения
внешних обстоятельств, которые можно было преодолеть за счет коррекции
управления.
После перехода объекта в новое состояние в процессе управления происходит
анализ этого состояния в смысле достижения поставленных целей. Если объект
управления сложный, то процесс управления должен быть более детально продуман,
поскольку нестабильность функционирования сложного объекта может привести к
существенному расхождению полученного результата с поставленными целями.
Ситуация может также осложниться неучтенными неблагоприятными изменениями
внешней среды. Поэтому на любом из этапов управления возможен откат на
предыдущие этапы для поиска нового более рационального управления, в котором
будут учтены произошедшие изменения.
Смысл этапа коррекции как раз и заключается в возвращении к одному из
предыдущих этапов управления в силу указанных причин.
2 Основы построения систем с управлением
В данной главе изложены фундаментальные принципы управления, приведена
классификация систем управления, сформулированы аксиомы управления,
рассмотрены вопросы устойчивости систем с управлением.
33
2.1 Фундаментальные принципы управления
Для исследования процессов управления в технических системах разработана
теория автоматического управления. Основными принципами управления,
разработанными в этой теории, которые в той или иной степени находят
применение также и в организационных и в организационно-технических системах,
являются следующие.
Принцип разомкнутого или программного управления.
Сущность его состоит в том, что управление осуществляется с помощью
заданного алгоритма или программы. Схема принципа программного управления
показана на рисунке 5.
Рисунок 5 – Схема программного управления
В состав системы включается устройство, задающее закон или программу
функционирования управляемым объектом P(t), устройство управления
(обозначается кругом, разделенным на секторы), выдающее управляющие сигналы
U(t), объект управления, помехи N(t) и выходной результат y(t). Схема имеет вид
разомкнутой цепи, в которой основное воздействие передается от входа к выходу,
выполняя заданную программу.
При таком управлении помехи, воздействующие на работу управляемого
объекта, могут искажать выходной результат Y(t). Однако в силу своей простоты
принцип находит себе применение в довольно многих случаях. Примерами таковых
могут служить станки с числовым программным управлением, конвейерные линии
на производственных предприятиях, компьютерные программы.
34
Принцип компенсации управления.
Этот принцип, называемый также управлением по возмущениям, или
управлением с упреждением, предполагает использование устройства, измеряющего
помехи и вырабатывающего сигналы компенсирующего воздействия на объект
управления. Схема принципа компенсации показана на рисунке 6. Такие устройства
носят названия компенсирующих устройств.
Рисунок 6 – Схема компенсирующего управления
Принцип применяется также и в организационно-технических системах, в
частности, при разработке производственных планов на предприятиях: при создании
планов принимаются во внимание такие факторы как износ оборудования и уровень
квалификации персонала, которые оказывают влияние на время реализации
отдельных плановых заданий.
Примерами систем, построенных на таком принципе, являются стабилизаторы
напряжения или комнатные кондиционеры.
Принцип обратной связи и управление по отклонениям.
Выходные данные Y(t) в случае реализации принципа обратной связи
корректируются на основе измерения отклонений ΔY(t) их значений от требуемой
величины Y0(t) в том, что управление осуществляется с помощью заданного
алгоритма или программы. Общая схема принципа обратной связи показана на
рисунке 7.
35
Рисунок 7 – Схема реализации принципа обратной связи
Обратная связь может быть отрицательной и положительной.
Отрицательная обратная связь противодействует изменениям выходных
сигналов, вызванных действиями помех, оказывая, таким образом,
стабилизирующее воздействие на работу управляемого объекта.
Положительная обратная связь, напротив, усиливает эффект возмущающих
воздействий на объект управления.
Совмещение принципов обратной связи и управления по упреждениям.
При введении обратной связи система управления становится инерционной.
Поэтому часто применяют более совершенный способ управления, основанный на
комбинации обратной связи с принципом компенсации, что позволяет объединить
достоинства обоих принципов: быстроту реакции на возмущение при компенсации и
точность регулирования независимо от природы возмущений от обратной связи.
Управление, получаемое в результате совмещения принципов обратной связи и
управления по упреждениям, получило название адаптивного управления. Схема
адаптивного управления показана на рисунке 8.
Модель, основанная на совместном использовании двух указанных
принципов, обеспечивает адаптацию объекта управления к изменениям в условиях
его функционирования.
Такая модель широко используется в социально-экономических системах.
36
Рисунок 8 – Схема адаптивного управления
2.2 Классификация систем с управлением
Практическая классификация систем управления обычно строится на основе
применяемых принципов управления и осуществления управляющих воздействий.
Для классификации системы управления можно могут использоваться различные
признаки. Классификация систем приведена в пункте 1.2.
К наиболее часто используемым признакам классификации систем с
управлением относятся:
− цель управления,
− вид структуры,
− вид и размерность математической модели,
− характер сигналов, характер параметров,
− характер внешних воздействий.
По виду применяемой структуры системы управления можно
классифицировать по типам, указанным в таблице 2.1.
37
Таблица 2.1 – Классификация структур систем управления
Тип
системы
Информация
о состоянии
среды
Информация
о состоянии
объекта
Принцип
структорного
управления
Структурная схема
1
Управление по
программе
(без информации)
2
NN
Управление по
возмущениям с
неполной
информацией
3
NN
Управление по
возмущениям с
полной информацией
4
YY
Управление по
состоянию с
неполной
информацией
5
YY
Управление по
состоянию с полной
информацией
6
NN
YY
Комбинированное
управление
7
NN
YY
8
NN
YY
9
NN
YY
10
Соответствует
типам 6-9
Соответствует
типам 6-9
Иерархическое
управление
Перечисленные в таблице 2.1 структуры имеют широкий диапазон
применений и множество различных интерпретаций в аспекте управления.
Одной из наиболее известных интерпретаций является представление этих
структур как моделей оперативного управления (регулирования), изучаемых в
теории автоматического управления. Такие системы называются регуляторами,
реализующими задачи выполнения программы, стабилизации и слежения. Цель
таких систем заключается в сохранении требуемого состояния или подмножества
состояний переменных Y несмотря на возмущения, представленные переменными N.
38
Переменные U выполняют функции управляющих воздействий (командная
12
,SS
, 1,2,..., ,
i
x i n
информация); элементы
являются регулируемыми и регулирующими
элементами соответственно.
Системы с управлением, относящиеся к типам 1-3 таблицы 2.1 называются
разомкнутыми, так как в управляющих системах отсутствует информация о
состоянии объектов управления. Остальные системы называются замкнутыми.
Задача управления по программе реализуется в системах типа 1 и
заключается в жестком выполнении заранее составленной и введенной в систему
последовательности управляющих воздействий
заданных на весь
период достижения поставленной цели Т. Эти воздействия выдаются объекту
управления через определенные интервалы времени ti, i=l, 2, ... , n, без учета его
фактического состояния. Программный способ управления распространен в
системах, на которые внешняя среда влияет несущественно. При изменениях
внешней среды программный способ управления оказывается неэффективным.
Для повышения эффективности управления при изменениях внешней среды в
разомкнутых системах используется способ, основанный на компенсации действия
возмущений на управляемые объекты. При управлении по возмущениям в системах
типов 2 и 3 управляющая система производит измерения возмущений и с их учетом
формирует управляющие воздействия. В зависимости от полноты информации о
внешней среде системы управления по возмущениям могут обладать важным
свойством: управление по возмущениям с полной информацией обеспечивает
полную компенсацию воздействий внешней среды. Системы, в которых достигается
полная компенсация, называются инвариантными. В них управляющее
воздействие поступает в объект управления одновременно с воздействием внешней
среды, нейтрализуя его.
Однако в открытых системах предусмотреть все возможные возмущения
затруднительно. Так, например, невозможно заранее предугадать тип вирусной
атаки на распределенную программную среду для ее немедленного отражения.
Кроме того, функциональные зависимости между возмущающими и управляющими
воздействиями могут быть неизвестны. Поэтому управление по возмущениям с
39
неполной информацией приводит к накоплению ошибок. Такие системы управления
применяются, если диапазон изменений внешней среды ограничен. В остальных
случаях применяется управление с обратной связью, как показано в таблице (типы
4-10). Эти системы позволяют реализовать принцип управления по состоянию.
Благодаря обратной связи в управляющей системе имеется информация о
состоянии объекта управления. На основе этой информации определяется
отклонение текущего состояния объект управления от требуемого и вырабатывается
управляющее воздействие в зависимости от задачи управления.
В последние время большое развитие получил класс интеллектуальных
систем управления. Такие системы строятся как самообучающиеся и
самонастраивающиеся системы с гибкими процедурами принятия решений,
способные формировать новые знания в процессе управления и функционирования,
выступать в качестве экспертных систем, встроенных в контур управления, и
работать в интерактивном режиме с лицом, принимающим решения [16].
На рисунке 9 приведена классификация систем по типам управления.
Автоматическим называется процесс управления без участия человека.
Средство, обеспечивающее такой процесс, называется системой автоматического
управления (САУ). В тех случаях, когда система обеспечивает стабилизацию
управляемой величины в заданных пределах, она называется системой
автоматического регулирования (САР).
Под автоматизированным понимается управление объектом в системе с
участием человека в выработке управляющих воздействий. Системы, реализующие
такое управление, называются автоматизированными системами управления
(АСУ).
40
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]